10.1 主泵

条文说明

10.1.1 根据国内已建泵站的选型经验，并考虑今后的提高和发展，规定了主泵选型的基本原则。
    1 主泵选型最基本的要求是满足泵站设计流量和设计扬程的要求，同时要求在整个运行范围内，机组安全、稳定，并且有最高的平均效率。
    2 要求在泵站设计扬程时，能满足泵站设计流量的要求；在泵站平均扬程时，水泵应尽量达到最高效率；在泵站最高或最低扬程时，水泵能安全、稳定运行，配套电动机不超载。对运行时间很短的排水泵站的主泵，利用率比较低，当需要运行时，又要求在最短时间内排除积水，所以水泵选型时应与一般泵站有所区别，在确保安全、稳定运行的前提下，其原型换算时设计流量宜按模型泵设计扬程下的最大流量计算。
    3 水泵一般按抽送清水设计。当水源含沙量比较大时，水泵效率下降，流量减少，汽蚀性能恶化。所以，在水泵选型时充分考虑含沙量、粒径对水泵性能的影响是必要的。
    4 随着科学技术的不断发展，性能优良的水力模型不断出现。在水泵选型时，应以积极的态度推广使用性能优良的新产品，逐步替代落后的产品。新设计的水泵应有比较完整的水泵模型试验资料，对轴流泵和混流泵为带有流道的装置模型试验资料，并经过验收合格后才能使用。大型机组在无任何资料可借鉴，且原型泵的放大超过10倍时，有必要进行中间机组试验。
    5 有多种泵型可供选择时，应考虑机组运行费用、运行调度的灵活性、可靠性、安装与检修的方便性、运行管理的经验、主机组费用、辅助设备费用、土建投资、主机组事故可能造成的损失等因素进行比较论证，选择综合指标优良的水泵。对于中小型泵站，有多种水泵形式可选用时，在经济性差异不大的条件下，还宜考虑所在区域水泵形式的统一性，以便于运行管理。
    6 采用变速调节和变角度调节能增加水泵对流量和扬程的适应性，无论采用哪种措施，都会增加设备投资或使设备结构复杂，因此应进行技术经济比较。
    7 采用梯级布置的泵站群，可考虑采用小机组、变频机组或设中间水池的方式用于调节级间泵站的流量匹配，具体措施应进行技术经济比较后确定。
    8 抽送含沙水的潜水泵，要求过流面结构采用抗磨蚀材质。抽送污水、腐蚀性水等特殊水质的潜水泵，其水泵结构要求采用抗腐蚀材质。本款对所抽送水质提出要求的原因如下：
        1）潜水泵电机散热依靠机身外输送的水体，水体温度过高，影响电机散热。
        2）输送酸碱度高的水体，因水质对机身的腐蚀作用，影响水泵安全及使用寿命。输送腐蚀性水体时，除对水泵材质有抗腐蚀要求外，非工作期的水泵，应吊出水体，减少腐蚀影响。
10.1.2 一般情况下，主泵台数多则运行调度灵活性较好、工程投资较多，主泵台数少则运行调度灵活性下降、工程投资较少，因此主泵的台数选择应对经济性和运行调度灵活性进行综合考虑。
10.1.3 为了保证机组正常检修或发生事故时泵站仍能满足设计流量的要求，设置一定数量的备用机组是必要的。
    对于重要的城市供水泵站，由于机组事故或检修不能正常供水，会影响千家万户的生活，给国民经济造成巨大损失，所以备用机组应适当增加。
    对于灌溉泵站，备用机组台数可适当少，但也需具体分析，区别对待。随着我国农业现代化建设的需要，某些灌溉泵站的重要性十分明显，其备用机组台数经论证可适当增加。
    在设置备用机组时，不宜采用容量备用，而应采用台数备用。
10.1.4 轴流泵和混流泵装置模型试验是指包括进出水流道在内的水力模型试验。由于低扬程水泵进出水流道的水力损失对泵站装置效率影响很大，除要求提高泵段效率外，还应提高进出水流道的效率，选择最佳的流道型线。采用三维水流数值模拟的计算方法，可以在较短的时间内完成水泵进出水流道的优化分析工作。
    参照现行国家标准《泵站技术管理规程》GB/T30948，泵站主机组规模分等指标见表10。 注：当主机组按分等指标分属两个不同等别时，应以其中的高等别为准。
10.1.5 水泵的轴功率与转速的立方成正比，汽蚀余量与转速的平方成正比。水泵增速运行的改造机组以及增速运行的变频调速机组，必须验算电动机是否过载，水泵安装高程是否满足要求，同时要验算水泵结构强度及振动等。
10.1.6 为保证配套电动机在水泵的运行范围（包括变速或变角度）内不超载，应分别计算最高扬程、平均扬程或设计扬程、最低扬程时的轴功率，取其最大者作为最大轴功率。
    在含沙介质中工作的低比转数水泵，随着含沙量的增大，水泵流量随之减少，故水泵轴功率无明显的变化。高比转数水泵，含沙量对水泵轴功率则有明显影响。由于水泵严重磨蚀引起容积效率大为降低，或者虹吸式出水流道漏气引起扬程增加，水泵都有可能出现超载现象，这是不正常的运行状态，在计算最大轴功率时应酌情考虑。
10.1.7 水泵安装高程合理与否，影响到水泵的使用寿命及运行的稳定性，所以大型水泵的安装高程的确定需要详细论证。表11中统计了多个国内运行多年的泵站水泵淹没深度情况，供设计人员选用。     我国学者做了不少实验与研究，所得的结论是：泥沙含量对水泵汽蚀性能有很大的影响。室内实验证明，泥沙含量5kg/m³～10kg/m³，水泵的允许吸上真空高度降低0.5m～0.8m；含沙量100kg/m³时，允许吸上真空高度降低1.2m～2.6m；含沙量200kg/m³时，允许吸上真空高度降低2.75m～3.15m。所以，水泵安装高程应根据水源设计含沙量进行修正。
    由于水泵额定转速与配套电动机转速不一致而引起汽蚀余量的变化往往被忽视。当水泵的工作转速不同于额定转速时，汽蚀余量应按公式（5）换算： 式中：［NPSH］＇——相应于工作转速n＇的汽蚀余量；
                     NPSH——相应于额定转速n的汽蚀余量。
    基准面是指通过由叶轮叶片进口边的外端所描绘的圆的中心的水平面，如图3所示。对于多级泵以第一级叶轮为基准；对于立式双吸泵以上部叶片为基准；对于可调叶片的混流泵和轴流泵，以叶片轴线与叶轮室表面的交点所描绘的圆的中心所处的水平面为基准。卧式泵和斜式泵的基准面淹没深度还应考虑叶片上部与下部的压差。 10.1.8 将并联运行水泵台数限制在4台以内，除了考虑土建投资和管道工程费用因素外，还考虑了对水泵性能的影响。因为水泵总扬程由净扬程和管路水头损失两部分组成，如果一条总管有4台水泵并联运行，在设计流量下管路水头损失为ΔH，当单泵运行时，总管通过流量只有设计流量的1/4，管路水头损失只有设计值的1/16，水泵总扬程大为减小，流量增大，效率降低，水泵允许吸上真空高度减小，安装高程需要降低，土建投资也会增大。并联台数越多，水泵扬程变化范围越大，对水泵的流量和允许吸上真空高度的影响越明显。所以应校核单台水泵运行时的工作点，检查是否出现超载、汽蚀和效率偏低等情况。比转数低于90的水泵，其特性曲线有驼峰出现，同样应考虑能否并联运行。
10.1.9 油压装置的有效容积是指油压从正常工作油压降低到最低工作油压时的供油体积。虽然泵站开机并非同时进行，但考虑泵站有运行中的调节需要，运行中的叶片角度还有保压的需要，因此，一般共用一套油压装置的主泵台数不宜超过4台。
    水泵的油压式叶片调节机构在安装、检修以及运行过程中的漏油，有可能污染水源，故城镇供水泵站的全调节水泵宜采用机械调节方式。对于不宜用机械操作的大型水泵，应有一套防止漏油的措施，以防污染水源。
10.1.11 关于水泵装置效率，各方面意见一直存在着较大的差异。本次修订在本标准第2章“术语”中进行了专门的定义。
    原标准的调查分析资料为：设计扬程3m以上的轴流泵站装置效率在64.6%～80.3%之间，平均为72.5%；设计扬程3m以下的轴流泵站装置效率在57.3%～64.8%之间，平均为60.4%；双向泵站装置效率在49.8%～61.7%之间，平均为55.8%；离心泵站装置效率在63.3%～77.6%之间，平均为71.3%。
    近几年建设的南水北调东线一期泵站工程以及全国各地重点供调水泵站工程的水泵装置效率水平有所提高，但是考虑到我国幅员辽阔、地域宽广，水泵设备设计和制造水平、流道研究和施工水平的差异较大，对于不同的泵站来说自然条件和抽水要求的差异也较大，例如，南方地区的超低扬程泵站，净扬程常只有1m～2m，而流道水力损失至少也有0.4m～0.6m，流道效率很低，使得装置效率难以提高；又比如离心泵站在同样的总扬程下，由于地形扬程和管道损失扬程所占比例的不同，其管道效率可能有很大的差异，从而使得装置效率差别很大。本次修编将“轴流泵站与混流泵站的装置效率不宜低于70%～75%”修改为“净扬程大于3m，轴流泵站与混流泵站的水泵装置效率不宜低于65%”，主要是考虑到效率不宜低于一个范围，应低于一个数值，另外，考虑本标准是国标，顾及全国较大范围、各种层次的泵站工程，故该数值取为65%。有条件的地区适当提高。更新改造泵站的水泵效率可根据水泵的实际情况，因地制宜，综合考虑。由于离心泵的出水管线多样、装置效率的含义不明确，故只规定了离心泵的泵段效率。